一種無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系，包括信息交互模塊、自適應(yīng)決策系統(tǒng)、應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層，所述信息交互模塊分別與自適應(yīng)決策系統(tǒng)、應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層連接。所述自適應(yīng)決策系統(tǒng)包括信息管理模塊、形勢判斷模塊、性能評估模塊、管理規(guī)則模塊、決策模塊、參數(shù)調(diào)節(jié)模塊和決策傳遞模塊，本發(fā)明的無線自組網(wǎng)是僅由一組移動節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)，具有自組織、多跳、分布式控制等特點，系統(tǒng)中的每一個移動終端既是路由器，能實現(xiàn)路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，也是主機，能進(jìn)行正常的接收發(fā)送數(shù)據(jù)。
【專利說明】
一種無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種較大范圍，具體是一種無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系。
【背景技術(shù)】
[0002]自適應(yīng)能力對于一個網(wǎng)絡(luò)來說非常重要，而無線自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化的特征，使得其對網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)能力有較高的要求，而目前國內(nèi)外對無線自組網(wǎng)的研究基本上都集中在上文介紹的五個方面，而對自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)與機制方面的研究不足，缺乏各種協(xié)議在無線自組網(wǎng)狀態(tài)變化的適應(yīng)性方面的研究，特別是路由協(xié)議的自適應(yīng)的研究。當(dāng)前主流的路由協(xié)議，無論是定期更新路由的先應(yīng)式路由協(xié)議還是根據(jù)需要進(jìn)行路由尋找與更新的按需式路由協(xié)議，都在無線自組網(wǎng)的適應(yīng)性方面存在著缺陷。要求每個節(jié)點定期維護(hù)更新路由信息的先應(yīng)式路由協(xié)議在隨著網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點增多、網(wǎng)絡(luò)范圍增大，其需要節(jié)點維護(hù)的無用路由信息也會逐漸增加，大量的路由分組將會浪費大量的網(wǎng)絡(luò)資源。按需式路由協(xié)議路由發(fā)現(xiàn)延遲較大，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的移動性會導(dǎo)致已建立的路由鏈路斷裂的可能性增加，進(jìn)而會增加網(wǎng)絡(luò)中路由發(fā)現(xiàn)的頻率，影響網(wǎng)絡(luò)性能。由于對一個新型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整體自適應(yīng)性設(shè)計研究的具體工作量是巨大的，目前對自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)與機制的研究基本上是對網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議的優(yōu)化，通過在協(xié)議中增加自適應(yīng)模塊來達(dá)到適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化的目的。如外文文獻(xiàn)提出通過對信道編碼進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化來提高路由協(xié)議和傳輸協(xié)議的性能。通過引入跨層機制，利用底層向高層提供的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息來提高高層協(xié)議對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化的反應(yīng)靈敏度，如文獻(xiàn)提出通過使用信道狀態(tài)信息設(shè)計信道自適應(yīng)的路由協(xié)議來提高路由協(xié)議的適應(yīng)性。通過控制一些協(xié)議變量，如傳輸功率、信道編碼和信道時延等，只利用本層獲取的網(wǎng)絡(luò)信息同樣可以達(dá)到提高協(xié)議的適應(yīng)能力，如文獻(xiàn)提出在MAC協(xié)議的設(shè)計中加入鏈路質(zhì)量的因素，最大化帶寬利用，可以明顯提高M(jìn)AC層協(xié)議性能，文獻(xiàn)通過在ZRP(Zone RoutingProtocol，區(qū)域路由協(xié)議)中加入流量監(jiān)控模塊，使得協(xié)議根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況自適應(yīng)的調(diào)增區(qū)域覆蓋范圍，以達(dá)到減輕協(xié)議控制負(fù)載的目的。國內(nèi)文獻(xiàn)通過在信道接入層采用模糊邏輯來協(xié)調(diào)不同優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的信道接入概率，提高了信道接入對不同接入優(yōu)先級別的適應(yīng)能力。文獻(xiàn)在路由協(xié)議中引入“節(jié)點閑置程度”提出一種基于“節(jié)點閑置程度”的自適應(yīng)路由協(xié)議，這種協(xié)議避免了網(wǎng)絡(luò)中局部“熱點區(qū)域”的形成，能進(jìn)行有效的擁塞控制和負(fù)載分擔(dān)。
[0003]從上述分析可以看出，雖然目前對無線自組網(wǎng)的研究已取得重大成果，但仍然存在著許多問題。無線自組網(wǎng)的信道接入技術(shù)的發(fā)展解決了多址接入的問題，但對其研究多是為了解決在單一網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下的信道接入問題，缺乏信道接入技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)變化的適應(yīng)性研究與分析。無線自組網(wǎng)路由協(xié)議的研究是業(yè)界研究的熱點，目前已有適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的路由協(xié)議被提出，然而已提出的各種協(xié)議對無線自組網(wǎng)的動態(tài)變化適應(yīng)能力都比較差，業(yè)界還缺乏對自適應(yīng)的路由體系的研究。業(yè)界對QoS保證機制的研究目前已有很多研究成果，但由于無線自組網(wǎng)對不同結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的共存、各種業(yè)務(wù)類型的支持、網(wǎng)絡(luò)的擴展性等有更高的要求，無線自組網(wǎng)需要適應(yīng)性更強的QoS保證機制以滿足這些要求，顯然目前的QoS保證機制的研究成果無法滿足這一要求。在功率控制與管理方面，業(yè)界提出了不少杰出的研究成果，如“休眠”模式、功率意識控制等，但是總體來說，這方面的研究成果還不夠，無線自組網(wǎng)需要更加完善、對無線自組網(wǎng)更加適用的功率控制與管理體系。在網(wǎng)絡(luò)安全方面，已有不少安全策略被業(yè)界學(xué)者提出，但整個無線自組網(wǎng)的安全體系還沒有形成，一個完整的安全體系需要對網(wǎng)絡(luò)各種狀態(tài)有較強的適應(yīng)能力，顯然目前已有的安全技術(shù)缺乏這方面的研究。
[0004]總之，當(dāng)前無線自組網(wǎng)的各種研究成果對網(wǎng)絡(luò)變化的自適應(yīng)能力都不好，雖然當(dāng)前已有不少研究學(xué)者開始對各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自適應(yīng)能力進(jìn)行研究，也提出了一些改進(jìn)方案，但是總體來看比較雜亂，缺乏一個明確的體系框架。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]一種無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系，包括信息交互模塊、自適應(yīng)決策系統(tǒng)、應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層，所述信息交互模塊分別與自適應(yīng)決策系統(tǒng)、應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層連接。
[0008]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述信息交互模塊是邏輯上的獨立實體，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知的功能;信息交互模塊負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)功能實體間的信息交互、追蹤網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化、收集各層信息、協(xié)調(diào)各層狀態(tài)變量、向自適應(yīng)決策模塊發(fā)送需要作的決策并將決策結(jié)果反饋給各層、集成和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中分布的參數(shù)以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)整體優(yōu)化的目的。
[0009]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:所述自適應(yīng)決策系統(tǒng)包括信息管理模塊、形勢判斷模塊、性能評估模塊、管理規(guī)則模塊、決策模塊、參數(shù)調(diào)節(jié)模塊和決策傳遞模塊，信息管理模塊從信息交互模塊獲取網(wǎng)絡(luò)各層信息，并對信息進(jìn)行處理，形勢判斷模塊和性能評估模塊對標(biāo)準(zhǔn)信息進(jìn)行分析，以獲得當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，并對以后的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，然后決策模塊根據(jù)管理規(guī)則模塊作出決策，并產(chǎn)生對網(wǎng)絡(luò)各層參數(shù)的修改方案，最后決策模塊將修改方案通過信息交互模塊反饋給網(wǎng)絡(luò)各層，從而達(dá)到自適應(yīng)調(diào)節(jié)的目的。
[0010]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:所述應(yīng)用層包括視頻模塊、語音模塊、圖像模塊、文本模塊，應(yīng)用層負(fù)責(zé)根據(jù)優(yōu)先級來組織相應(yīng)的服務(wù)、匹配QoS要求和QoS指標(biāo)、QoS的多指標(biāo)優(yōu)化。
[0011]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:所述傳輸層通過調(diào)節(jié)資源預(yù)留、接入控制、重傳參數(shù)來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化，提高網(wǎng)絡(luò)性能。
[0012]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:所述網(wǎng)絡(luò)層的功能是路由，自適應(yīng)的路由功能要實現(xiàn)路由發(fā)現(xiàn)與路由維護(hù)，節(jié)省路由對網(wǎng)絡(luò)資源的占用。
[0013]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:所述鏈路層通過調(diào)節(jié)節(jié)點信道接入?yún)?shù)實現(xiàn)節(jié)點的接入控制，以此來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)變化或QoS的要求。
[0014]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:所述物理層通過調(diào)節(jié)節(jié)點控制、功率控制、調(diào)制解調(diào)、編解碼、數(shù)據(jù)發(fā)送速率參數(shù)來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)信道的變化。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:無線自組網(wǎng)是僅由一組移動節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)，具有自組織、多跳、分布式控制等特點，系統(tǒng)中的每一個移動終端既是路由器，能實現(xiàn)路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，也是主機，能進(jìn)行正常的接收發(fā)送數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0016]圖1為無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系中無線自組網(wǎng)通用協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0018]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0019]請參閱圖1?2，本發(fā)明實施例中，一種無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系，包括信息交互模塊、自適應(yīng)決策系統(tǒng)、應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層，所述信息交互模塊分別與自適應(yīng)決策系統(tǒng)、應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層連接，所述自適應(yīng)決策系統(tǒng)包括信息管理模塊、形勢判斷模塊、性能評估模塊、管理規(guī)則模塊、決策模塊、參數(shù)調(diào)節(jié)模塊和決策傳遞模塊。
[0020]所述信息交互模塊是邏輯上的獨立實體，可以看作是一個控制過程，其與網(wǎng)絡(luò)各層都有聯(lián)系，主要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知的功能;信息交互模塊具體負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)功能實體間的信息交互、追蹤網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化、收集各層信息、協(xié)調(diào)各層狀態(tài)變量、向自適應(yīng)決策模塊發(fā)送需要作的決策并將決策結(jié)果反饋給各層、集成和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中分布的參數(shù)以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)整體優(yōu)化的目的。
[0021]所述自適應(yīng)決策系統(tǒng)賦予了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、自我優(yōu)化的能力；其中信息管理模塊從信息交互模塊獲取網(wǎng)絡(luò)各層信息，并對信息進(jìn)行處理(如信息的標(biāo)準(zhǔn)化)。形勢判斷和性能評估模塊對標(biāo)準(zhǔn)信息進(jìn)行分析，以獲得當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，并對以后的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測。然后決策模塊根據(jù)管理規(guī)則作出決策，并產(chǎn)生對網(wǎng)絡(luò)各層參數(shù)(如物理層節(jié)點的發(fā)射功率、鏈路層的資源預(yù)留、網(wǎng)絡(luò)層的路由參數(shù)等)的修改方案。最后決策模塊將修改方案通過交互模塊反饋給網(wǎng)絡(luò)各層，從而達(dá)到自適應(yīng)調(diào)節(jié)的目的。
[0022]所述應(yīng)用層包括視頻模塊、語音模塊、圖像模塊、文本模塊等，與應(yīng)用服務(wù)相關(guān)最緊密的是服務(wù)質(zhì)量(QoS)，應(yīng)用層負(fù)責(zé)根據(jù)優(yōu)先級來組織相應(yīng)的服務(wù)、匹配QoS要求和QoS指標(biāo)、Q ο S的多指標(biāo)優(yōu)化等。
[0023]所述傳輸層通過調(diào)節(jié)資源預(yù)留、接入控制、重傳等參數(shù)來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化，提高網(wǎng)絡(luò)性能。傳輸層的一些信息可以為其它層進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)提供參考，如端到端的時延。
[0024]所述網(wǎng)絡(luò)層最主要的功能是路由，自適應(yīng)的路由功能不僅要實現(xiàn)路由發(fā)現(xiàn)與路由維護(hù)，還要盡可能的節(jié)省路由對網(wǎng)絡(luò)資源的占用。自適應(yīng)路由協(xié)議應(yīng)能根據(jù)各層的網(wǎng)絡(luò)信息對網(wǎng)絡(luò)變化作出快速而準(zhǔn)確的反應(yīng)。
[0025]所述鏈路層通過調(diào)節(jié)節(jié)點信道接入?yún)?shù)實現(xiàn)節(jié)點的接入控制，以此來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)變化或QoS的要求。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時，鏈路層可以通過限制某些節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)來緩解網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載；當(dāng)某節(jié)點擁有較高的接入等級時，鏈路層可以通過調(diào)節(jié)其接入?yún)?shù)來增加其與其它節(jié)點競爭接入勝利的概率。
[0026]所述物理層是網(wǎng)絡(luò)的最底層，其對網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化最敏感，通過追蹤信道參數(shù)(如信噪比和誤碼率)，物理層可以估計當(dāng)前信道的容量，進(jìn)而通過調(diào)節(jié)節(jié)點控制、功率控制、調(diào)制解調(diào)、編解碼、數(shù)據(jù)發(fā)送速率等參數(shù)來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)信道的變化，盡可能的保證傳輸信息的可靠性，進(jìn)而使得網(wǎng)絡(luò)性能得到整體的提高。
[0027]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0028]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【主權(quán)項】
1.一種無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系，包括信息交互模塊、自適應(yīng)決策系統(tǒng)、應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層，其特征在于，所述信息交互模塊分別與自適應(yīng)決策系統(tǒng)、應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層和物理層連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系，其特征在于，所述信息交互模塊是邏輯上的獨立實體，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知的功能；信息交互模塊負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)功能實體間的信息交互、追蹤網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化、收集各層信息、協(xié)調(diào)各層狀態(tài)變量、向自適應(yīng)決策模塊發(fā)送需要作的決策并將決策結(jié)果反饋給各層、集成和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中分布的參數(shù)以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)整體優(yōu)化的目的。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系，其特征在于，所述自適應(yīng)決策系統(tǒng)包括信息管理模塊、形勢判斷模塊、性能評估模塊、管理規(guī)則模塊、決策模塊、參數(shù)調(diào)節(jié)模塊和決策傳遞模塊，信息管理模塊從信息交互模塊獲取網(wǎng)絡(luò)各層信息，并對信息進(jìn)行處理，形勢判斷模塊和性能評估模塊對標(biāo)準(zhǔn)信息進(jìn)行分析，以獲得當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，并對以后的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，然后決策模塊根據(jù)管理規(guī)則模塊作出決策，并產(chǎn)生對網(wǎng)絡(luò)各層參數(shù)的修改方案，最后決策模塊將修改方案通過信息交互模塊反饋給網(wǎng)絡(luò)各層，從而達(dá)到自適應(yīng)調(diào)節(jié)的目的。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系，其特征在于，所述應(yīng)用層包括視頻模塊、語音模塊、圖像模塊、文本模塊，應(yīng)用層負(fù)責(zé)根據(jù)優(yōu)先級來組織相應(yīng)的服務(wù)、匹配QoS要求和QOS指標(biāo)、QoS的多指標(biāo)優(yōu)化。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系，其特征在于，所述傳輸層通過調(diào)節(jié)資源預(yù)留、接入控制、重傳參數(shù)來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化，提高網(wǎng)絡(luò)性能。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)層的功能是路由，自適應(yīng)的路由功能要實現(xiàn)路由發(fā)現(xiàn)與路由維護(hù)，節(jié)省路由對網(wǎng)絡(luò)資源的占用。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系，其特征在于，所述鏈路層通過調(diào)節(jié)節(jié)點信道接入?yún)?shù)實現(xiàn)節(jié)點的接入控制，以此來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)變化或QoS的要求。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)體系，其特征在于，所述物理層通過調(diào)節(jié)節(jié)點控制、功率控制、調(diào)制解調(diào)、編解碼、數(shù)據(jù)發(fā)送速率參數(shù)來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)信道的變化。
【文檔編號】H04W40/12GK106060891SQ201610429752
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】陳圳
【申請人】陳圳